Система мониторинга автомобильных дорог на базе распределенного акустического сенсора

Заказчик
АО «СМАРТС»
Руководитель проекта со стороны заказчика
ИТ-поставщик
ООО «Хоулмонт Самара» (Haulmont)
Год завершения проекта
2021
Сроки выполнения проекта
Июль, 2021 - Ноябрь, 2021
Масштаб проекта
20000 человеко-часов
Цели
  • снизить аварийность на дорогах, уменьшить количество ДТП,
  • реализовать механизмы своевременного реагирования на события дорожного движения и проблемы в работе линейно-кабельных сооружений транспортной многоканальной коммуникации,
  • предупредить аварии, связанные с механическим повреждением волоконно-оптических линий,
  • обеспечить механизмы визуального моделирования ситуации на контролируемых участках в режиме реального времени,
  • анализировать трафик транспортных средств на определенных участках дорог для подготовки рекомендаций по оптимизации дорожного движения,
  • повысить качество управленческих решений в области организации дорожного движения за счет оперативного предоставления данных, их полноты, достоверности и удобства отображения информации.

Уникальность проекта

Впервые в мире для обеспечения контроля дорожной обстановкой внедрена система мониторинга автомобильных дорог на базе распределенного акустического сенсора на участке автомобильной дороги М-5 протяженностью около 240 км, которая может стать неотъемлемой частью интеллектуальной транспортной системы.

Акустический мониторинг — уникальное решение, выполненное на отечественном оборудовании, которое позволяет в режиме реального времени контролировать дорожную обстановку рубежами протяженностью до 100 км без подключения к энергетической инфраструктуре и с высокой точностью геопозиционирования событий на карте в любое время суток и в условиях ограниченной видимости.
Использованное ПО
  • Платформа для быстрой разработки корпоративного программного обеспечения CUBA (Jmix)
  • Геоинформационная система: GeoServer
  • Подсистема сбора данных: Hadoop, Hive, PostgreSQL, Kafka, Zookeeper
  • Подсистема бизнес-анализа: ClickHouse, Grafana
  • Модуль мониторинга: Grafana, Prometheus, AlertManager
  • Оборудование распределенного акустического сенсора
  • Комплексы фото и видео фиксации


Сложность реализации

Основная сложность реализации системы состояла в организации обработки, многоуровневом хранении и отображении большого количества событий от источников данных. В сутки система обрабатывает порядка 100 миллионов событий (с перспективой увеличения). Каждое событие обогащается дополнительными данными системы, генерируются вторичные события, оповещения, события сохраняются в архив, в систему визуализации для оперативной работы, и в OLAP для статистической обработки.

Кроме того, при внедрении решения требовалось обучить нейросеть распознаванию конкретного автомобиля и траектории его движения в общем массиве данных с высокой точностью. Для обучения используются данные более чем за год, учитывается влияние на сигнал погодных условий, времени года и различных помех.

Описание проекта
Внедрением «Системы мониторинга автомобильных дорог на базе акустического сенсора» занимается АО «СМАРТС» при поддержке Российского Фонда Развития Информационных технологий (РФРИТ). В качестве технологического партнера в части внедрения программного обеспечения выступает компания Haulmont.

Детектирование событий происходит в онлайн режиме за счет измерения фазы отраженного сигнала которое происходит в оборудовании распределенного акустического сенсора. Волоконно-оптическая линия (проложенная в обочине автомобильных дорог) является физическим датчиком, который транслирует отраженный сигнал, модулированный вибрациями участников дорожного движения, передаваемыми на полотно автомобильной дороги. Отечественное ПО позволяет идентифицировать события по характерным акустическим следам, визуализировать на картах дорожную обстановку в режиме реального времени, предоставлять различные отчеты и оповещать операторов о важных событиях.
Для обучения системы используются нейросети и количество детектируемых событий будет постоянно увеличиваться. Для обогащения данных, поступающих от акустических сенсоров используются данные о событиях проезда автомобилей с комплексов фото и видео фиксации.
Система внедрена на участке автомобильной дороги федерального значения М-5 Самара-Тольятти-Сызрань (Самарская область), распознает события и визуализирует на картах дорожную обстановку в режиме реального времени, предоставляет различные отчеты и оповещает операторов о важных событиях.
Функции и возможности системы:
  • получение и хранение данных из различных источников (распределенные акустические сенсоры, комплексы фото и видео фиксации);
  • обработка вышеуказанных данных в режиме реального времени. Распознавание определенного спектра событий: движение техники, выход на автодорогу пешеходов, проведение дорожных работ, проникновение в колодцы кабельной канализации, затор, съезд транспортных средств на обочину и т.д. При помощи математических алгоритмов и нейронных сетей система способна, в том числе, выделять в общем потоке событий конкретный автомобиль и траекторию его движения;
  • формирование отчетов в различных форматах (PDF, CSV, XLSX, DOCX, JSON, XML) по запросам пользователей и других подсистем. Настроены различные виды отчетов и график их формирования;
  • поддержка работы с картами и HD-картами местности. Визуализация ситуации на дороге: на картах отображаются все классифицированные транспортные средства, технические средства организации дорожного движения, а также другие объекты и события. У каждого объекта и события есть наименование, координаты, визуальный индикатор и тому подобное. В системе обеспечена возможность отображения большого количества объектов. Операторы системы могут переходить к просмотру детальной информации по представленным на карте объектам. Весь перечень объектов можно фильтровать по различным критериям или выполнить по нему полнотекстовый поиск. Для пользователей доступна навигация: переключение между разными слоями карт, изменение масштаба, фокусировка на выбранных объектах или событиях. Карта местности и список объектов и событий автоматически обновляются в режиме реального времени;
  • уведомление о событиях (например, об обрыве кабеля или вскрытии колодца) в формате telegram и e-mail, настройка их параметров;
  • хранение исторических событий;
  • разграничение ролей пользователей;
  • настройки и администрирование.

География проекта
Проект реализуется в Самарской области.
Коментарии: 21
  • Михаил Петров
    Рейтинг: 756
    Счетная палата Российской Федерации
    Директор департамента цифровой трансформации
    15.11.2021 18:46

    Интересная технология. А как именно она применятся? "Распознавание определенного спектра событий: движение техники, выход на автодорогу пешеходов, проведение дорожных работ, проникновение в колодцы кабельной канализации, затор, съезд транспортных средств на обочину и т.д. При помощи математических алгоритмов и нейронных сетей система способна, в том числе, выделять в общем потоке событий конкретный автомобиль и траекторию его движения" - ну вот выделили в общем потоке данных, что на дорогу вышел пешеход. Или выехал трактор. Что происходит дальше?

  • Константин Голец
    Рейтинг: 97
    АО «СМАРТС»
    Руководитель проекта «Цифровые дороги»
    17.11.2021 13:53

    Система идентифицирует событие в реальном режиме времени. Каждому событию присваивается уникальный ID. Событие обогащается и анализируется. Срок хранения каждого события практически не ограничен.Идет накопление статистики по событиям для дальнейшей аналитики. Аналитика предоставляется оператору с целью принятия решений в части: организации дорожного движения, проведения превентивных мероприятий с целью снижения аварийности на дорогах, оптимизации эксплуатационных затрат.
    Система может в реальном режиме времени отдавать события во внешние системы. В данном случае речь идет о кооперативной работе нескольких систем. Для наглядности можно рассмотреть сценарий "Пешеход". Пример аналогичного сценария показан в ролике:
    https://www.youtube.com/watch?v=WozwyxUQWVw
    В данном случае продемонстрирована возможность кооперативной работы с V2X.
    Другой пример: Система по анализу трека определила, что транспортное средство остановилось.Остановка транспортных средств на магистрали запрещена. Модуль реагирования на события может оповещать оператора о таком событии путем рассылки на e-mail, или чат-бот телеграм-канала. Аварийный комиссар, получив оповещение через телеграм-канал, может немедленно выдвинуться к остановившемуся транспортному средству для устранения инцидента.
    Третий пример: Система собирает данные по всей протяженности автомобильной дороги, на которой она развернута. При анализе статистики по скоростям транспортных средств видны участки, на которых наиболее часто нарушается скоростной режим (в отличие от акустического метода комплексы фото-видео фиксации определяют это точечно или по средней скорости между участками). С целью предотвращения ДТП можно выделить опасные участки до того, как оно произошло и применить организационные и технические мероприятия с целью регулирования скоростного режима на этих участках.

    • Михаил Петров Константин
      Рейтинг: 756
      Счетная палата Российской Федерации
      Директор департамента цифровой трансформации
      17.11.2021 14:51

      спасибо, понятно!

  • Александр Маркин
    Рейтинг: 815
    ГБУ «Безопасный регион»
    Начальник отдела программного сопровождения Ситуационного центра Губернатора Пензенской области
    19.11.2021 09:30

    Какие события, которые могут повлиять на повышение уровня безопасности дорожного движения, может идентифицировать система?

    • Константин Голец Александр
      Рейтинг: 97
      АО «СМАРТС»
      Руководитель проекта «Цифровые дороги»
      23.11.2021 09:17

      Система предназначена в основном для работы вне городских условий. Система может идентифицировать ряд событий, влияющих на безопасность дорожного движения, а именно:

      1) Определение скоростей транспортных средств - определение скорости потока онлайн, определение мест внепланового снижения скорости (вероятное препятствие на дороге), определение превышения скоростей движения сверх лимитов, установленных ПДД.

      2) Движение пешехода на определенных участках вдоль трассы - особенно актуально в ночное время суток и в периоды ограниченной видимости (туман, дождь, снегопад)

      3) Съезд (остановка) автомобиля на обочину (в том числе в неположенном месте).

      4) Движение тяжелой техники - передвижение тяжелой техники (как правило, трактор) вдоль дороги - тяжелая техника движется со скоростью, значительно меньше средней скорости потока и создает повышенную опасность для других транспортных средств, особенно в условиях ограниченной видимости.

      5) Работа тяжелой техники - определение мест производства дорожных работ (как правило, копка экскаватором).

      6) Затор - значительное снижение скорости сразу нескольких транспортных средств подряд.

  • Александр Маркин
    Рейтинг: 815
    ГБУ «Безопасный регион»
    Начальник отдела программного сопровождения Ситуационного центра Губернатора Пензенской области
    19.11.2021 09:33

    Какое приёмное устройство должен использовать водитель для приёма предупреждающих сообщений? Какова форма представления таких сообщений (аудио, видео)?

    • Константин Голец Александр
      Рейтинг: 97
      АО «СМАРТС»
      Руководитель проекта «Цифровые дороги»
      23.11.2021 09:19

      Приемное устройство представляет собой прибор OBU (On Board Unit), в автомобилях последнего поколения оно уже встроено в электронные системы автомобиля. В автомобилях прошлых лет выпуска это устройство внешнее с подключением к автомобилю по шине CAN, с выводом информации либо на дисплей автомобиля (если он есть), либо на внешний дисплей (например, планшет) или на телефон и просмотр информации при креплении внешнего дисплея на панель приборов (как навигатор).
      Форма представления таких сообщений - всплывающее сообщение с картинкой и звуковым уведомлением. Картинки и звуковое уведомления могут настраиваться в широких пределах.
      Для работы OBU необходима развернутая сеть V2X на данном участке
      .

  • Александр Маркин
    Рейтинг: 815
    ГБУ «Безопасный регион»
    Начальник отдела программного сопровождения Ситуационного центра Губернатора Пензенской области
    19.11.2021 09:34

    Могут ли идентифицироваться нарушения правил дорожного движения? И может ли водитель "мгновенно" получить сообщение об этом из системы?

    • Константин Голец Александр
      Рейтинг: 97
      АО «СМАРТС»
      Руководитель проекта «Цифровые дороги»
      23.11.2021 09:22

      Да, могут идентифицироваться следующие нарушения ПДД:
      1) Превышение скорости движения.
      2) Остановка ТС в местах, где это запрещено.
      Система не является средством измерения, постановления о нарушении ПДД на основании данных системы не оформляется.
      Водитель может "мгновенно" получить предупреждающее сообщение при работе в системе V2X (необходимо наличие сети V2X)- задержка между распознаванием события и появлением события на экране в автомобиле водителя составит доли секунды.

  • Александр Маркин
    Рейтинг: 815
    ГБУ «Безопасный регион»
    Начальник отдела программного сопровождения Ситуационного центра Губернатора Пензенской области
    19.11.2021 09:49

    Какова методика применения разработанной системы для достижения поставленной цели - "снизить аварийность на дорогах, уменьшить количество ДТП"?

    • Константин Голец Александр
      Рейтинг: 97
      АО «СМАРТС»
      Руководитель проекта «Цифровые дороги»
      23.11.2021 09:26

      Методики применения системы в части увеличения безопасности дорожного движения работают по нескольким направлениям:
      1) Предупреждение водителя о событиях, происходящих впереди него по ходу движения (необходимо наличие сети V2X).
      2) Определение мест аномальных снижений скорости, где ТС должны двигаться равномерно с расчетной скоростью.
      3) Определение статистических графиков фактического движения потоков ТС и сравнение их с расчетными величинами.
      4) Определение статистическим методом мест регулярных превышений скорости движения.
      5) Определение мест остановок ТС в неположенном месте.

      • Александр Маркин Константин
        Рейтинг: 815
        ГБУ «Безопасный регион»
        Начальник отдела программного сопровождения Ситуационного центра Губернатора Пензенской области
        23.11.2021 16:24

        Спасибо за исчерпывающие ответы. Как проходят испытания применения V2X с использованием ВОЛС? Есть ли интересные результаты?

        • Константин Голец Александр
          Рейтинг: 97
          АО «СМАРТС»
          Руководитель проекта «Цифровые дороги»
          26.11.2021 12:14

          В 2020 году мы реализовали участок «умной дороги» на Московском шоссе в г. Самара. На протяжении примерно 1,5 км. была развернута сеть V2X в стандарте ITS G5 и обеспечено необходимое радиопокрытие. Отработали ряд сценариев:
          - предотвращение ДТП с участием пешеходов на регулируемом перекрестке;
          - предоставление приоритетного проезда для спецтранспорта;
          - предупреждение о приближении ТС к месту дорожных работ;
          - предотвращение опасных ситуаций, связанных с переходом пешехода через нерегулируемый пешеходный переход;
          - предотвращение опасных ситуаций, связанных с работой уборочной техники;
          - предотвращение опасных ситуаций, связанных с открытым люком колодца;
          - предотвращение опасных ситуаций, связанных с экстренным торможением автомобилей в потоке транспортных средств при ограниченной видимости.
          Отработали технические нюансы – как проектировать, строить и разворачивать систему.
          Мы видим перспективы внедрения сетей V2X прежде всего для функционирования высокоавтоматизированного и беспилотного автотранспорта. Поэтому в настоящий момент сконцентрировались на подготовке проекта внедрения такой сети на автодороге, связывающей два крупнейших города Самарской агломерации Самару и Тольятти. Это будет уже полноценная инфраструктура для отработки технологий и запуска ВАТС (ВыскокоАвтоматизированное Транспортное Средство).
          Аналогичные работы сейчас ведутся на платной автомобильной дороге М-11 «Нева». Наше принципиальное отличие от М-11 то, что мы проектируем и строим всю инфраструктуру для V2X с нуля (на М-11 она закладывалась изначально при проектировании платной автодороги), т.е. отработана эффективная модель оборудования обычной автодороги, в которой ничего нет до уровня V2X с использованием отечественных решений.
          Это масштабная и интересная задача в части IT. Объем данных, получаемых от дороги с периферийных устройств и автомобилей просто колоссальный.

  • Александр Маркин
    Рейтинг: 815
    ГБУ «Безопасный регион»
    Начальник отдела программного сопровождения Ситуационного центра Губернатора Пензенской области
    28.11.2021 14:19

    Спасибо, понятно

  • Максим Часовиков
    Рейтинг: 2234
    Центр цифровой экономики МГУ
    Ведущий специалист
    23.12.2021 13:35

    Добрый день! интересный подход. А чем обусловлен выбор именно акустического сенсора? а не оптического? Так сложилось по каким причинам? Оптический имеет существенно лучшее разрешение..

    • Михаил Соломонов Максим
      Рейтинг: 15
      Haulmont
      Директор по развитию бизнеса
      23.12.2021 16:36

      Обусловлено протяженностью участков наблюдения. Акустический сенсор длиной несколько десятков километров это совсем недорого

  • Константин Голец
    Рейтинг: 97
    АО «СМАРТС»
    Руководитель проекта «Цифровые дороги»
    27.12.2021 09:34

    Добрый день, Максим!
    Если быть точным, мы используем виброакустический сенсор. Метод считывания информации - оптический. Чувствительным элементом является оптическое волокно в волоконно-оптическом кабеле.

    • Максим Часовиков Константин
      Рейтинг: 2234
      Центр цифровой экономики МГУ
      Ведущий специалист
      10.01.2022 07:03

      Эм.. А физический принцип какой? Механические изменения оптической среды под внешним упругим воздействием? Это может быть любое оптическое волокно? Или оно специально подготовленное?

      • Константин Голец Максим
        Рейтинг: 97
        АО «СМАРТС»
        Руководитель проекта «Цифровые дороги»
        11.01.2022 12:15

        Это стандартное одномодовое оптическое волокно (ОВ) в стандартном волоконно-оптическом кабеле. Если осуществить на ОВ вибрационное воздействие, то измениться его продольный размер на + dL. Таким образом, обратно рассеянный сигнал пройдет дополнительное расстояние и изменится его фаза на приеме. Приемник фиксирует изменение амплитуды и фазы обратно рассеянного сигнала и нейронная сеть анализирует эти изменения.

  • Дмитрий Турчановский
    Рейтинг: 1020
    Зарубежнефть
    Заместитель начальника Управления информационных технологий
    08.01.2022 17:49

    Добрый день! Сложный проект, много интеграционных решений, планируется ли тиражирование в другие регионы, считаю, могло бы быть интересно, может, даже предложить через федеральные структуры с консолидацией и обработкой данных по всей России. Также интересны показатели эффективности самой системы и ее применения, оценивались эффекты по снижению ДТП от использования именного данного комплекса?

    • Константин Голец Дмитрий
      Рейтинг: 97
      АО «СМАРТС»
      Руководитель проекта «Цифровые дороги»
      11.01.2022 12:06

      Добрый день, Дмитрий!



      Согласен с Вами, проект комплексный, требует значительных вложений в инфраструктуру. Мы видим, что система должна быть многоуровневой и включать в себя как региональную так и федеральную составляющую. На сегодня мы только начинаем продвижение и установили удаленное рабочее место в ГИБДД СО. Соответственно эффективность можно будет оценить на дистанции около одного года.



      Проявляют интерес наши партнеры из Казахстана и РБ. Особенно, на мой взгляд, Система будет востребована в рамках транспортно-логистических коридоров ЕЗК и Север - ЮГ.



      Кстати в части мониторинга есть решения по скважинам и трубопроводам. Если у Вас имеется заинтересованность в данном направлении, можем совместно проработать варианты решения.

Год
Предметная область
Отрасль
Управление